创意之星机器人说明.docx

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创意之星机器人说明

创意之星机器人说明书

1结构套件简介..............................................................................................................................3

1.1结构件概述......................................................................................................................3

1.2ConnFLEX连接结构.......................................................................................................3

1.3不同版本..........................................................................................................................4

1.4使用零件3D模型...........................................................................................................6

2控制器及电源..............................................................................................................................7

2.1MultiFLEX™2-AVR控制器..............................................................................................8

2.2MultiFLEX™2-PXA270控制器........................................................................................9

2.3电池和直流电源.............................................................................................................12

3传感器...........................................................................................................................................12

3.1传感器的信号类型及电气规范.....................................................................................13

3.2“创意之星”传感器接口..............................................................................................14

3.1接近传感器.....................................................................................................................16

3.2测距传感器....................................................................................................................19

3.3声音传感器....................................................................................................................24

3.4碰撞传感器....................................................................................................................26

3.5倾覆传感器....................................................................................................................26

3.6温度传感器....................................................................................................................27

3.7光强传感器....................................................................................................................27

3.8灰度传感器...................................................................................................................28

3.9视觉和语音传感器.......................................................................................................28

4执行器.........................................................................................................................................29

4.1CDS5516机器人舵机...................................................................................................29

4.2CDS5401大扭矩R/C舵机..........................................................................................32

4.3BDMC1203电机驱动模块...........................................................................................33

4.4Faulhaber大功率减速电机..............................................................................................34

5NorthSTAR图形化开发环境.................................................................................................35

5.1安装及使用介绍...........................................................................................................35

5.2使用流程图开发..........................................................................................................39

5.3手写代码开发..............................................................................................................46

5.4调试与在线监控..........................................................................................................47

6其它部件...................................................................................................................................54

6.1UP-Debugger下载调试器..........................................................................................54

6.2WiFi无线网卡或以太网线缆......................................................................................55

6.3ZigBee无线模组.........................................................................................................56

1结构套件简介

1.1结构件概述

“创意之星”是一种模块化机器人组件，其特点是组成机器人的各种零件都是通用、可重组的，各个零件之间有统一的连接方式，零件之间可以自由组合，从而构建出各种各样的机器人构型。

从光盘“……InnSTAR产品光盘\构型资料\构型图片”或者登录北京博创的网站，您可以看到各种各样、不同形状的、不同功能的机器人构型，这些都是博创工程师或者使用“创意之星”的用户搭建的。

“机器人爱好者”论坛的“博创机器人讨论区”是发布您作品的最佳地点。

博创科技会定期收集用户作品的资料和视频，征得作者的同意后统一发布。

您的作品如果收录进博创科技的资料库，将会有更多的朋友看到。

为了保证“创意之星”机械结构的刚性、牢固，如下图所示零件之间采用面接触、键连接、螺钉紧固的方式进行组合。

图2.1典型连接方式

“创意之星”结构件根据功能可以分为7大类：

LUI型结构件、连接件、舵机结构件、机械手结构件、履带全向轮结构件、仿人结构件和其它结构件，详见图2.8。

LUI型零件和舵机结构件是机器人骨架的主体，通过连接件将其组合在一起构成机器人主体；仿人结构件、履带全向轮结构件、机械手结构件都是比较专用的零件。

1.2ConnFLEX连接结构

在“创意之星”机器人套件里，各种结构件的连接遵循统一的标准。

我们这种标准连接方式称为“ConnFLEX连接结构”。

ConnFLEX连接结构主体是统一尺寸的花键和键槽，每个花键或键槽具有20个齿，每个花键可以转动的角度是18°的整数倍。

因此，ConnFLEX连接结构使得各个零件之间可以不同角度连接，例如平行连接、垂直连接，或者其它以18°为增量的角度来连接。

为了适用各种连接场合，还派生出两并联、三并联、加长型、扁形等零件，如图2.2所示。

ConnFLEX连接结构连接精密、无间隙，单个连接可承受5Nm以上的弯矩和扭矩，如图2.3所示。

ConnFLEX连接结构连接简单，只需要一颗螺丝，就可实现牢固的连接效果，两个或多个零件通过连接件可以实现各种角度的连接组合，如图2.4所示。

图2.2花键的种类

图2.3ConnFLEX连接结构的受力示意图图2.4ConnFLEX连接结构

1.3不同版本

从“创意之星”的产品样本上，您会发现“创意之星”有三个版本：

入门版、标准版、高级版。

我们利用图2.5、2.6、2.7的19个典型构型作对比，说明这三个版本在零件、机器人舵机和其它部件的差别。

当然，这19个典型构型只是例子而已，并不是说“创意之星”只能搭建这么些构型。

入门版较为简单，舵机、零件和传感器数量也较少，但价格较为低廉，适用于机器人爱好者创作独特的机器人样机；也可供初中、高中学生开展机器人创作和机器人相关实践活动。

入门版使用MultiFLEX™2-AVR控制器，在2.2.1小节您可以看到这款控制器的所有功能。

入门版的零件数量、种类比标准版和高级版要少些，在《创意之星机器人套件组装指南》P6您可以看到详细的零部件清单。

图2.5没打叉的部分是入门版的典型构型，从图中我们可发现入门版的构型都相对比较简单，没有全向轮和履带的构型。

入门版能做什么呢？

这个是您最关心的问题，也是我们在设计时重点考虑的问题之一。

1、兴趣小组、工程训练中心的实践器材。

入门版价格低廉，零部件数量对初级用户而言已经非常充足，对学校的兴趣小组、实践中心而言，入门版是最合适的选择。

2、机器人比赛。

使用“创意之星”入门版可以组织很多比赛，类似当前高职机器人比赛、创意机器人设计比赛、迷宫机器人比赛、循迹机器人比赛、机器人擂台赛等等。

3、单片机、自动控制、C语言、电子设计实验平台。

区别于常规的单片机实验板，“创意之星”可以很生动地将您的程序代码以动作和行为的方式展示出来，用它来辅助学习可以达到事半功倍的效果。

图2.5入门版能够搭建的构型

标准版使用MultiFLEX™2-AVR控制器，结构零件种类和数量都很丰富，如图2.6所示，除了入门版的构型之外还能够搭建诸如4足爬虫、机器蛇等复杂的机器人构型。

标准版主要适用于以下领域：

作为大学工科学生的创新实训课程教具和实验器材。

作为大学工科学生的课程设计或者毕业设计平台。

供机器人研究者用于验证理论算法、验证学术论文的结论。

供机器人研究者在开发新的机器人之前搭建快速原型，验证原理和可行性。

供机器人发烧友用于创作独特的、自己的机器人样机。

供初中、高中学生的机器人创作和机器人相关实践活动。

图2.6标准版能够搭建的构型

如图2.6所示，标准版能够搭建仿生类的蛇形机器人、四足爬虫、六足爬虫；轮式机器人；简单仿人形机器人；机械手等构型。

当然，这些构型只是博创提供的示例，起到抛砖引玉的作用，相信通过这些构型熟悉“创意之星”机器人套件后，您可以搭建出更加有趣的构型来。

有位同学使用6个舵机和若干结构件，搭建了一个并联机器人，能够控制毛笔的空间姿态，从而实现写毛笔字的控制，您可以再光盘“……\InnSTAR产品光盘\构型资料\构型视频”里找到《小书童》的精彩视频。

高级版是“创意之星”功能最丰富的一个版本，使用MultiFLEX™2-PXA270控制器，拥有50余种，760余个结构零件，12种25个传感器，20个机器人舵机。

足够搭建出如图2.7所示的每一种机器人构型。

图2.7高级版能够搭建的构型

MultiFLEX™2-PXA270控制器除了MultiFLEX™2-AVR控制器的所有更能外，还拥有强大的图像、语音处理能力，能够识别颜色和人的语言，基于此您可以搭建很多有趣的构型，如：

1、听得懂主人的语言，会说话的小狗。

您可以和它进行交流，指导它的行为，塑造它的思想。

2、追小球的小车。

它能看见各种颜色的小球，会像小猫玩毛线团一样淘气地玩小球。

1.4使用零件3D模型

如图2.8所示，创意之星机器人套件总共有50几种零件，这些零件可以任意组合，搭建出各种各样的机器人构型。

如图2.7所示，仿生机器人、轮式机器人、履带式机器人等等都是创意之星擅长搭建的机器人构型。

图2.8“创意之星”零件汇总

2控制器及电源

“创意之星”有两个版本的控制器：

以ATmega128为核心的MultiFLEX™2-AVR控制器，以PXA270为控制核心的MultiFLEX™2-PXA270控制器。

MultiFLEX™2-AVR控制器的处理器是ATMEL公司出品的AVR系列ATmega128单片机。

ATmega128能够运行在16MHz的频率下，对于“创意之星”这种轻量级的自动控制系统而言有足够的数据处理能力。

AVR系列单片机是当前最为流行的单片机种类之一，接口丰富、开发简单是它最显著的特点（关于AVR其它信息您可查阅XX百科的词条“AVR单片机”：

MultiFLEX™2-PXA270控制器的处理器是MarvellXscalePXA270，XscalePXA270处理器可工作在520MHz的主频下，加入了WirelessMMX、IntelSpeedStep等新技术，以其高性能、低功耗、多功能等特点在信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用。

MultiFLEX™2-PXA270控制器运行Linux操作系统，Linux以其内核精炼、高效、源代码开放且免费等优势，嵌入式领域得到了广泛的应用。

MultiFLEX™2-PXA270控制器和MultiFLEX™2-AVR控制器相比，除了能够处理IO、AD和总线数据之外，还能够处理语音、视频，我们据此可以开发出功能更加丰富的机器人构型。

2.1MultiFLEX™2-AVR控制器

MultiFLEX™2-AVR控制器是一款小型机器人通用控制器。

MultiFLEX™2-AVR控制器功能高度集成，具有众多IO、AD接口，能够控制R/C舵机、机器人舵机，具有RS-232接口和RS-422总线接口，能够胜任常规机器人控制；MultiFLEX™2-AVR控制器开发简单，使用图形化集成开发环境，只需编写程序逻辑流程就能够自动生成C代码，下载到控制器后就可实现机器人的各种功能控制。

开放所有底层函数接口，如果您熟悉嵌入式C代码开发，您可以直接调用这些函数，从而专注于机器人上层算法的研究和编写。

2.1.1功能概述

对照图示意图2.10，MultiFLEX™2-AVR控制器功能如下所示：

ATmega128@16MHz；

6个机器人舵机接口，完全兼容RobotisDynamixelAX12+；

8个R/C舵机接口；

12个TTL电平的双向I/O口，GND/SIG/VCC三线制；

8个AD转换器接口（0~5V）；

2个RS-422总线接口（可挂接1-127个422设备）；

1个无源蜂鸣器；

通过RS-232与上位机通讯，可选无线通讯模组；

使用USB接口的AVR-ISP下载调试器；

图2.10MultiFLEX2-AVR控制器功能示意图

2.1.2外部接口及电气规范

在“创意之星”使用过程中，您会频繁操作MultiFLEX™2-AVR控制器，对其各种输入输出接口的电气规范您需要心里有数，错误的操作可能会导致危险。

比如给充电口接上12V的电压可能会让整个控制器冒烟。

MultiFLEX™2-AVR控制器的电气规范如下表所示：

表2.1MultiFLEX™2-AVR控制器的电气规范

项目

数据

说明

电池电压

6.5~8.4VDC

使用2节锂聚合物电池，标称电压7.4V，使用过程电压范围为6.5V~8.4V。

充电电压

——

控制器内置智能充电器，充电过程会自动调节电压。

外接电源

12V

外接直流稳压电源，电压12V，正常使用电流0~5A。

保护

反接保护过流保护

长时间电源反接仍可能损坏控制器。

过流保护生效后，需要重新上电才能工作。

静态功耗

0.5W

无外接设备下的静态功耗。

保护电流

6~8A

超过此电流后，自动切断。

约10秒后才能再次工作。

I/O电平

低电平VCC–1.5V

数字通讯接口

RS-232接口

TX，RX，GND三线制

数字量输入/输出

12个

GND/VCC/SIG三线制（SIG可以配置为输入或者输出，在NorthSTAR软件中配置或通过协议配置）。

模拟量输入

8个

GND/VCC/SIG三线制，10位精度。

机器人舵机接口

6个

1M速率的半双工异步串行总线，理论可接255个机器人舵机，由于供电能力限制，建议同时使用时不超过30个。

舵机工作电压等于控制器工作电压。

R/C舵机接口

8个

GND/VCC/SIG三线制（SIG为信号输出），工作电压5V。

ISP功能

支持

GND/RST/MOSI/MISO/SCK五线，配套提供ISP编程电缆。

无线通讯

支持

可选配ZigBee无线通讯模块，57.6KBps。

2.2MultiFLEX™2-PXA270控制器

2.2.1功能概述

MultiFLEX™2-PXA270控制器纯粹就是为智能机器人控制而存在的。

它有以下特点：

1、高运算能力、低功耗、体积小。

MultiFLEX™2-PXA270控制器具备520MHz、32位的高性能嵌入式处理器和Linux操作系统，运算处理能力强大，而功耗不到2W；体积小巧，可以直接放入仿人机器人体内。

上述特点有什么用处呢？

使用这个控制器可以让您的机器人有眼睛（视觉），并且能够把看到的图像以30帧/s的速度进行识别处理；这个控制器可以让您的机器人能听得懂您的语言；不到2W的静态功耗，让您可以不用半个小时就换块电池；体型轻巧，可以用在小尺寸的机器人机体上。

2、控制接口丰富。

可以控制直流电机（须配合BDMC系列伺服驱动器）；可以控制各种信号的舵机（包括所有的传统R/C舵机、博创出品的CDS55XX系列机器人舵机、韩国Robotis公司出品的AX12+机器人舵机等）；可以对机器人舵机进行调速、位置控制、力矩控制；可以同时控制接近40路舵机\电机。

MultiFLEX™2-PXA270控制器充分放开了对机器人执行机构的限制，您在设计机器人时只需要考虑使用什么方案合适，而不用顾忌控制器能不能支持。

您也不用耗费心力研究怎么控制电机和舵机，MultiFLEX™2-PXA270控制器上提供了您能使用到的所有函数接口，您直接调用即可。

3、数据接口丰富。

控制器具有12路双向可设置通用IO接口，8路10位精度的AD接口；还有RS-422总线、RS-232接口，足够满足绝大多数运用场合。

感知的丰富性是机器人区别于其它机器的重要因素之一，要让您的机器人具有与众不同的功能，对各种外界刺激有合理的反应，您需要给它添加各种各样的传感器。

温度、光照、声强、距离等传感器您可以通过IO和AD接口接入，姿态、语音、视觉传感器可以通过RS-422总线、RS-232接口、USB接口接入。